赤外（IR）レーザーは、人間の目にはまったく見えない光を発生します。この光は見えませんが、熱として感じることがあります。赤外レーザーは固有の波長を持つため、レーザー分野で強力な役割を担い、重工業における金属切断から海を越えたインターネットデータの伝送まで、幅広い用途に使用されています。
以下では、使用される具体的な材料に基づいて、一般的な赤外レーザーの種類を分類します。
Nd:YAGレーザー（固体）
世界で最も有名かつ広く使用されている固体レーザーの一つで、非常に高い出力と堅牢な信頼性で知られています。
- 波長: 主に1064 nm（近赤外）。
- 動作原理: ネオジムイオンを「ドープ」(混合) したイットリウム・アルミニウム・ガーネット製の人工結晶を使用します。この結晶は、高出力フラッシュランプまたは外部レーザーダイオードによって励起されます。
- 主な特性： 非常に高い出力と優れたビーム品質を備え、高エネルギーの高速パルスまたは連続光を出射できます。
- 主な用途: 金属の高負荷産業用切断および溶接、レーザー脱毛や眼科手術などの医療処置、タトゥー除去、軍用距離計。
二酸化炭素（CO2）レーザー（気体）
重工業を支える主力レーザーです。これまでに発明された連続波レーザーの中でも、最も古く、広く使用され、高出力なものの一つです。
- 波長： 10.6 µm または 10,600 nm（中赤外域）。
- 動作原理: チューブ内に主に二酸化炭素、窒素、ヘリウムからなる混合ガスを封入し、強い電流で励起します。
- 主な特性： 極めて高出力で、高効率です。波長が長いため、ビームは有機材料やプラスチックには容易に吸収されますが、多くの未加工金属では反射されます。
- 一般的な用途: 木材、アクリル、紙、皮革の工業用切断および彫刻、医療皮膚科（レーザーによる皮膚再生や小手術など）。
GaAsおよびInGaAsレーザーダイオード（半導体）
これらは、日常的に使用する機器の内部に組み込まれている小型で安価なレーザーです。CDプレーヤーやBlu-rayプレーヤーに搭載されているレーザーの赤外版に相当します。
- 波長： おおむね800 nm～1550 nm（近赤外）の範囲です。
- 動作原理： ガリウムヒ素（GaAs）またはインジウムガリウムヒ素（InGaAs）の半導体接合を使用します。チップに電流が流れると、光が直接放出されます。
- 主な特長： 超小型（多くの場合、塩粒ほどの大きさ）で、エネルギー効率が高く、非常に低いコストで容易に量産できます。
- 一般的な用途: スマートフォンの顔認識センサー、自動運転車のLiDARシステム、バーコードスキャナー、および大型固体レーザーを励起する内部光源（「ポンプ」）としての使用。
エルビウム添加レーザー（ファイバー／固体）
「アイセーフ」レーザーとして知られ、世界の通信を支える重要な基盤です。
- 波長: 通常は約1550 nmまたは2940 nm（近赤外から中赤外）です。
- 機構：希土類元素エルビウムをドープしたガラス光ファイバー（または固体結晶）を使用します。
- 主な特性： 1550 nmの範囲の光は、標準的な光ファイバーケーブル内をデータ損失がほとんどなく伝送されます。また、人間の眼内の液体がこの波長を網膜に到達する前に吸収するため、他のレーザーよりもはるかに安全に取り扱えます。
- 一般的な用途：長距離通信用光ファイバーケーブル（インターネット）でのデータ伝送、光増幅器、および熱損傷を最小限に抑える必要がある高精度の歯科手術や組織手術。
量子カスケードレーザーまたはQCL（先端半導体）
赤外スペクトルのより長波長側にある、到達が難しい特定波長を出力するよう設計できる、極めて複雑な専用レーザー。
- 波長: 中赤外から遠赤外のスペクトル域にわたり、広範囲に波長可変（約3 µmから20 µm超）。
- 動作原理： 異なる半導体材料で構成された極薄の微細層を使用します。一般的な反応とは異なり、電子は量子井戸で構成された微細な「階段」をカスケード状に降下します。電子が一段降下するたびに、光子を放出します。
- 主な特性: 指定されたカスタム波長に高精度で調整できます。室温で動作し、他のレーザーでは動作が難しい中赤外スペクトルの広い空白領域をカバーします。
- 一般的な用途: 化学分光法（未知のガスや化学物質の同定）、呼気分析による医療診断、爆発物の検出、軍事的対抗手段（熱追尾ミサイルの目くらまし）。
0件のコメント